北京科技大學北冶生產(chǎn)實習特冶分廠專題報告

1、 生產(chǎn)實習專題報告 題目：一般金屬材料生產(chǎn)過程特冶分廠專題報告 學院： 材料科學與工程學院 專業(yè)： 材料科學與工程 姓名： 學號： 41130 目錄1北冶特種冶煉車間簡介32 冶煉設備32.1真空感應爐32.1.1真空感應爐原理及結(jié)構(gòu)32.1.3真空感應爐熔煉法42.1.4關(guān)于中頻感應爐42.1.5真空感應爐圖片52.2非真空感應爐52.3電渣爐53 生產(chǎn)工藝流程63.1真空感應爐冶煉工藝流程63.1.1坩堝及原材料的預處理 63.1.3抽真空及熔煉73.1.4精煉合金化及調(diào)溫73.1.5出鋼73.2非真空感應爐冶煉工藝流程73.3鋼錠及高溫棒的處理83.3.1鋼錠的處理83.3.2

2、高溫棒的處理84總結(jié)81北冶特種冶煉車間簡介 北冶公司的一車間為特種冶煉分廠，主要進行合金的冶煉，主要有精密合金、高溫特殊不銹鋼這三種。精密合金主要是一些軟磁或永磁材料，高溫合金為在高溫下能持續(xù)穩(wěn)定工作的合金，特殊不銹鋼材料主要是一些訂單式的材料，一般而言其普遍特點是耐高溫、有一定的硬度。2 冶煉設備 北冶公司出于自身企業(yè)小批量的特色，采用電來冶煉鋼鐵，主要煉鋼設備是感應爐。感應爐根據(jù)工作電壓的頻率分為公頻、中頻、高頻三種。頻率越高一次能冶煉的容量越小。北冶公司一車間的設備有真空感應爐和非真空感應爐兩種。北冶的主要設備有真空感應爐：500kg 2臺用于主力生產(chǎn)，3000kg1臺200kg 1臺

3、，主要用于新鋼種試驗以及小型訂單的生產(chǎn)，50kg 真空感應爐1臺，用于試樣的澆鑄，為理化檢測制樣。非真空感應爐：1.5t 一臺和 2t 兩臺，用于試生產(chǎn)。電渣爐：一臺不常用，僅二次精煉時使用。2.1真空感應爐2.1.1真空感應爐原理及結(jié)構(gòu)原理：在感應爐中的交變電磁場作用下，物料內(nèi)部產(chǎn)生渦流從而達到加熱或著融化的效果。在這種交變磁場的攪拌作用下，爐中材質(zhì)的成分和溫度均較均勻，鍛造加熱溫度可達1250，熔煉溫度可達1650。感應爐除能在大氣中加熱或熔煉外，還能在真空和氬、氖等保護氣氛中加熱或熔煉，以滿足特殊質(zhì)量的要求。感應爐在透熱或熔煉軟磁合金、高阻合金、鉑族合金、耐熱、耐蝕、耐磨合金以及純金屬方

4、面具有突出的優(yōu)點。感應爐通常分為感應加熱爐和熔煉爐。結(jié)構(gòu)：其主要分為三大部分：配電部分、熔煉部分、水冷部分。內(nèi)部的耐火材料為氧化鎂，三氧化二鋁，二氧化硅等構(gòu)成。酸性鋼采用氧化鎂，三氧化二鋁堿性則采用石英砂。爐體中的加 熱線圈為銅絲，熔點低于鋼鐵，因此充水冷卻。點 擊帶動擺爐擺動進行冶煉。由于是真空冶煉，因為 外層有一真空罩，采用三級真空手段：機械泵（由大氣壓至幾百帕）、羅茨泵（由幾百帕至幾十帕）、油增壓泵（由幾十帕至零點幾帕），以實現(xiàn)一個較高的真空度。 2.1.2真空感應爐特點 加熱速度快、生產(chǎn)效率高、氧化脫炭少、節(jié)省材料與鍛模成本。由于中頻感應加熱的原理為電磁感應，其熱量在工件內(nèi)自身產(chǎn)生，普

5、通工人用中頻電爐上班后十分鐘即可進行鍛造任務的連續(xù)工作，不需燒爐專業(yè)工人提前進行燒爐和封爐工作。不必擔心由于停電或設備故障引起的煤爐已加熱坯料的浪費現(xiàn)象。由于該加熱方式升溫速度快，所以氧化極少，每噸鍛件和燒煤爐相比至少節(jié)約鋼材原材料20-50千克，其材料利用率可達95%。由于該加熱方式加熱均勻，芯表溫差極小，所以在鍛造方面還大大的增加了鍛模的壽命，鍛件表面的粗糙度也小于50um。工作環(huán)境優(yōu)越、提高工人勞動環(huán)境和公司形象、無污染、低耗能。感應加熱爐與煤爐相比，工人不會再受炎炎烈日下煤爐的烘烤與煙熏，更可達到環(huán)保部門的各項指標要求，同時樹立公司外在形象與鍛造業(yè)未來的發(fā)展趨勢。感應加熱是電加熱爐中最

6、節(jié)能的加熱方式由室溫加熱到1100的噸鍛件耗電量小于360度。加熱均勻，芯表溫差極小，溫控精度高。感應加熱其熱量在工件內(nèi)自身產(chǎn)生所以加熱均勻，芯表溫差極小。應用溫控系統(tǒng)可實現(xiàn)對溫度的精確控制提高產(chǎn)品質(zhì)量和合格率。2.1.3真空感應爐熔煉法 真空感應爐是感應電爐的一種，在真空環(huán)境中進行加熱的感應電爐設備。在金屬罩殼或石英玻璃罩密封的爐膛中用管道與高真空泵系統(tǒng)聯(lián)接。主要用于生產(chǎn)宇航、導彈、火箭、原子能和電子工業(yè)等領域所需的高溫合金、超高強度鋼、不銹鋼以及其他特殊用途的合金。2.1.4關(guān)于中頻感應爐中頻感應爐所用電源頻率在150一10000赫茲范圍內(nèi)的感應爐稱為中頻感應爐，其主要頻率在150一250

7、0赫茲范圍。國產(chǎn)小頻感應爐電源頻率為150、1000和2500赫茲三種。中頻感應爐是一種適用于冶煉優(yōu)質(zhì)鋼與合金的特冶設備，和工頻感應爐相比具有以下優(yōu)點：1)熔化速度快，生產(chǎn)效率高。中頻感應爐的功率密度大，每噸鋼液的功率配置比工頻感應爐約大20一30%。因此，在相同條件下中頻感應爐的熔化速度快，生產(chǎn)效率高。2)適應性強，使用靈活。中頻感應爐每爐鋼液可以全部出凈，更換鋼種方便；而工頻感應爐每爐鋼液不允許出凈，必須保留一部分鋼液供下爐啟動，因此更換鋼種不方便，只適用于冶煉單一品種鋼。3)電磁攪拌效果較好。由于鋼液承受的電磁力是與電源頻率的平方根成反比，因此中頻電源的攪拌力比工頻電源小。對于去除鋼中雜

8、質(zhì)和均勻化學成分、均勻溫度來說，中頻電源的攪拌效果比較好。工頻電源過大的攪沖力使鋼液對爐襯的沖刷力增大，不僅降低精煉效果而且會降低坩堝壽命。4)起動操作方便。由于中頻電流的集膚效應遠大于工頻電流流，因此中頻感應爐在起動時，對爐料沒有特殊要求，裝料后即可迅速加熱升溫；而工頻感應爐則要求有專門制作的開爐料塊(與坩堝尺寸近似，約以坩堝高度一半的鑄鋼或鑄鐵塊)才能啟動加熱，而且升溫速度很慢。因此，在周期作業(yè)的條件下大多使用中頻感應爐。起動方便帶來的另一個優(yōu)點是，在周期作業(yè)時可以節(jié)約電力。2.1.5真空感應爐圖片臥室爐體坩堝轉(zhuǎn)動澆鑄真空感應爐1-真空系統(tǒng)；2轉(zhuǎn)軸；3加料設備4坩堝；5感應器；6取樣和搗料

9、設備；7測溫裝置；8可動爐殼2.2非真空感應爐 即正常感應爐工作原理與真空感應爐類似但并不真空故氧化程度與雜質(zhì)量均有增加。2.3電渣爐 電渣爐是一種利用重熔電流產(chǎn)生熱能熔化插入渣池的自耗電極，金屬熔滴通過渣液清洗后，在水冷結(jié)晶器中結(jié)晶成電渣錠的一種特殊冶煉設備。 由于渣液的去夾雜作用和良好的結(jié)晶條件，電渣重熔金屬具有良好的純凈度，鑄態(tài)組織細致均勻，無白點及年輪狀偏析，硫含量極低，夾雜物細小彌散等優(yōu)良性能。因此，電渣重熔在大中型鍛件、模塊毛坯生產(chǎn)中處于壟斷地位，在優(yōu)質(zhì)工模具鋼、馬氏體時效鋼、雙相鋼管坯、冷軋軋輥電渣鋼占絕對優(yōu)勢，電渣熔鑄異形件有獨特之處，國內(nèi)電渣鋼年產(chǎn)量已達幾十萬噸。電渣爐是特殊

10、鋼廠必不可少的生產(chǎn)設備。電渣冶金具有加熱、精煉和順序結(jié)晶三大基本功能。3 生產(chǎn)工藝流程 3.1真空感應爐冶煉工藝流程 真空感應爐的原料一般直接來自礦山，此外還有一些合金料以及金屬料，如鉻、硼、鎳等。煉鋼前需要將原料制成 10 公分正方形塊狀。在裝料完成后、煉鋼前需要用抽氣泵抽氣，至爐內(nèi)氣壓為 0.1pa 即可。由于爐體高度密封，因此抽氣完成后在煉鋼的過程中理論上是不會混入任何雜質(zhì)的，因此鋼的純凈度相對較高。同時在其旁邊有一個機械臂，可以通過它攪拌爐內(nèi)的鋼液，如果在煉鋼過程中需要添加原料（如 B、Ni、Cr、Si 等）的話，可以從上方加料口直接添加。冶煉過程中可添加氬氣作為保護氣，防止鋼液噴濺。

11、 煉制時間依照冶煉量決定，50 公斤一般耗時 20-30min，500 公斤耗時 3h，1噸半、三噸耗時 4.5h.出鋼時用 3 組 4×4 的圓筒狀容器來承接鋼水最后，煉成的鋼水需冷卻至少一小時才能冷卻至室溫，成為成品鋼錠。鋼錠的表面會產(chǎn)生一層氧化皮，這層氧化皮可在二車間中予以去除。3.1.1坩堝及原材料的預處理  煉鋼時，由于鋼液的溫度較高，盛放鋼液的坩堝必須在高溫下保持其性能。北冶特冶分廠真空感應爐熔煉時所用的坩堝由MgO、硼酸、水玻璃等制成。在坩堝質(zhì)量及對廢棄處理等方面，與國外仍有一定差距。原材料運至要先復驗原材料的元素組成，然后觀察表面情況。真空感應爐熔煉時所用的

12、爐料種類有：鋼鐵料、合金料、特種添加劑等； 真空感應爐熔煉時對爐料的要求有：入爐爐料的化學成分應當準確、金屬料應保持清潔干燥無油污和少銹； 3.1.2入爐   真空冶煉爐的原材料要一次性加入。真空感應爐熔煉時裝料的原則有：上松下緊，以保證能輸人較大的功率和防止熔化時出現(xiàn)架橋；高熔點不易氧化的爐料裝在高溫區(qū)即坩堝的中、下部；易氧化的爐料應在金屬液脫氧良好及其真空度良好的條件下加入；少量或微量的合金元素用鋁箔包好在精煉期加入；易揮發(fā)的元素在熔煉室充氬提高壓力之后加入等。 需要注意的是，北冶公司并不對礦石直接進行冶煉，而是直接買入成品鋼鐵以及鎳、鈦等

13、金屬錠進行所需鋼種的生產(chǎn)。 3.1.3抽真空及熔煉 真空感應爐抽真空所用的真空泵分為三種：機械泵、羅茨泵、油增壓泵，分別對應低真空、中真空、高真空三種不同真空度的抽取。在生產(chǎn)中，首先利用機械泵將爐內(nèi)氣壓抽至低真空，待到真空度、壓力達到一定標準后，利用羅茨泵繼續(xù)進行真空的抽取，中真空的真空狀態(tài)在生產(chǎn)中常用。若生產(chǎn)工藝對真空度有更高要求，則需通過油增壓泵進行高真空度的抽取，抽取時通過看壓力表和耳朵聽泵聲音的方法確定其真空極限。同時，外圍需要不停地通循環(huán)水進行冷卻，以防內(nèi)部高溫的真空將蓋子頂開。需要注意的是，抽高真空時，需另外增加過濾與加濕的步驟。大概抽30分鐘后即可開始低功率送電（120kw）此時

14、氣壓約為幾百帕，在等20分鐘后幾十帕時即可以正常功率250kw送電至完全融化。 3.1.4精煉合金化及調(diào)溫精煉：降低功率以增加攪拌力，插桿攪拌使成分均勻化，去氣。此過程持續(xù)三十分鐘。合金化：真空轉(zhuǎn)換加入需要的小料，通常有碳硅錳鋁銅等元素。調(diào)溫：在液相線溫度以上100至120度澆鑄溫度過高會損壞模具，過低會提前凝固。3.1.5出鋼 即退模。需要注意的是，為了防止熔煉時高溫情況下碳的燒損，添加料碳需要在快出鋼時加入，以保證鋼的硬度。澆鑄時應掌握好澆注速度。另外，特冶分廠澆鑄出的鑄錠并不對外銷售，而是只用于公司內(nèi)部后續(xù)工序生產(chǎn)的原材料。3.2非真空感應爐冶煉工藝流程1） 入爐，邊熔化邊加料。2） 加渣，氧化鈣熔融漂浮在鐵水上隔絕空氣以減少氧化。此過程大概一小時送電功率為700至800kw。3） 精煉，降功率人工攪拌，加入脫氧劑如鋁與氧化鈣等。4） 調(diào)料，將鋼水送去檢驗十幾分鐘后根據(jù)結(jié)果加料或加金屬元素。5） 調(diào)溫，將鋼水注入中間包，鎮(zhèn)靜四至五分鐘。6） 澆鑄，中間包下部有開口鋼水流出即可澆鑄。3.3鋼錠及高溫棒的處理3.3.1鋼錠的處理 鋼錠分250與500公斤圓錐臺狀，錠身呈“V”字形，帽頭呈蓋狀起補縮孔的作用，